发布日期：2023年 | 最后审核日期：2026年5月
HeLa细胞：研究领域的革命
自1951年被发现以来，以亨丽埃塔·拉克斯（Henrietta Lacks）命名的永生化细胞系——HeLa细胞，已在科学研究中得到广泛应用。亨丽埃塔·拉克斯是一位31岁的非裔美国母亲，育有五名子女，她在同年被诊断出患有宫颈癌并去世。 约翰霍普金斯医院组织培养实验室主任乔治·奥托·盖伊收集并扩增了她的宫颈癌细胞，这些细胞表现出非凡的韧性和增殖能力，从而得以在科学研究中得到广泛应用。与其他人类细胞不同，HeLa细胞可以在体外维持和增殖，这标志着医学研究领域的一大进步。
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BSL-1
HeLa细胞的历史与时间线
黑人烟草种植者亨丽埃塔·拉克斯（Henrietta Lacks）于1951年因异常阴道出血被送往约翰霍普金斯医院，随后接受了宫颈癌治疗。她的首次治疗是在未经其同意的情况下，从其宫颈取样。 宫颈活检获得的组织样本交由乔治·奥托·盖伊（George Otto Gey）进行临床检查，并在组织培养实验室中进行了研究。与早期的标本不同，盖伊的实验室助手注意到这些细胞每20–24小时就会翻倍，并迅速增殖。 就在拉克丝去世前，盖伊成功培养出了这些宫颈癌细胞，这成为人类首个可存活的体外细胞系。该细胞系以亨丽埃塔·拉克丝名字的首两个字母命名，并被提供给任何提出申请的科学家，以推动科研进展。
尽管这些细胞是在未经拉克丝及其家人许可的情况下采集的，但在当时，征得许可既非必要，也鲜少被要求。 当时没有义务告知患者或其家属，被丢弃或通过手术获取的材料属于医生或医疗机构的财产。20世纪70年代，一次信息泄露曝光了亨丽埃塔的真实姓名，随后拉克斯家族被要求提供DNA样本，以协助识别受污染的细胞系。 HeLa细胞系源自拉克斯的宫颈组织样本，经细胞培养已增殖到远超其体内细胞总数的程度。由于在细胞培养中持续发生突变，HeLa细胞已衍生出多个亚系，但它们全都是从拉克斯体内提取的肿瘤细胞的后代。
纠正历史不公
围绕亨丽埃塔·拉克斯及其在不知情且未获同意的情况下被提取HeLa细胞的叙事，引发了关于医学研究实践伦理及个人权利保护的讨论，特别是关于科学中使用人类生物材料的问题。 亨丽埃塔·拉克斯在不知情的情况下成为了首个人类永生细胞系的来源，该细胞系此后促成了无数科学突破。对这一伦理过错的认识，推动了更严格的知情同意流程的建立，并提高了人们对研究人员道德义务的认识。 这一案例不仅凸显了改革研究实践的必要性，还引发了关于医学研究中正义、尊重与认可的更广泛讨论，进而推动了纠正历史不公的努力，确保科学进步的贡献者获得认可并受到尊严对待。
赛默飞世尔与HeLa细胞
针对生物技术公司赛默飞世尔科技（Thermo Fisher Scientific）涉及HeLa细胞的诉讼，其根源在于一场更深层次的伦理与法律辩论——即未经个人同意便将源自个体的生物材料商业化的问题。该案的核心在于HeLa细胞系，该细胞系促成了包括脊髓灰质炎疫苗的研发及癌症治疗领域的进步在内的重大科学突破。
该诉讼揭示了若干伦理考量：个人及其家属对其生物材料的权利、未经同意从边缘化群体采集样本的历史背景，以及从这些材料中获益的企业所应承担的责任。 针对赛默飞世尔科技（Thermo Fisher Scientific）的诉讼凸显了制定更明确的政策和伦理标准的重要性，这些标准应规范人类生物材料在科研和商业中的使用，确保尊重个人权利，并公平分享科学发现带来的利益。
如需深入了解海拉细胞的起源、法律纠纷及解决过程，请参阅我们的文章《海拉细胞：历史、诉讼与和解 》。
HeLa细胞的迷人特性
HeLa细胞易于培养且增殖迅速，同时以其对病毒感染的高易感性而著称。它们对人类腺病毒3型、脑心肌炎病毒以及脊髓灰质炎病毒1型、2型和3型尤为敏感。 这一特性使得HeLa细胞在研究这些病毒的复制、组装和致病机制，以及开发新的抗病毒策略方面不可或缺。此外，HeLa细胞还被广泛用作转染宿主，用于研究基因功能与调控、重组蛋白生产以及基因治疗。
- 即便在癌细胞中，HeLa细胞也具有异常高的增殖率和无限的寿命，使其成为科学研究中的理想对象。
- HeLa 细胞具有活性端粒酶，使其能够无限分裂并获得永生。
- HeLa细胞突破了海弗利克极限——即大多数正常细胞在进入衰老前所能经历的最大细胞分裂次数。
- HeLa 细胞具有超三倍体染色体数（3n+）。HeLa 细胞的平均染色体数为 82，但范围可在 70 至 164 之间（而非标准的二倍体数 46）。 这些染色体被称为“HeLa 特征染色体”。HeLa 细胞具有复杂的核型，其特征是高度非整倍体和结构重排。 在98%的HeLa细胞中存在一条小型端粒染色体，且在1385个被检测的细胞中100%存在非整倍体现象。这些染色体异常在HeLa细胞的快速增殖和永生化过程中起着关键作用，同时也与宫颈癌相关。
- 由于人乳头瘤病毒18型（HPV18）向人类宫颈细胞的水平基因转移，HeLa细胞的基因组与亨丽埃塔·拉克斯（Henrietta Lacks）的基因组不同。
HeLa细胞的结构
HeLa细胞的直径为10至20微米，具体取决于培养条件。 大多数哺乳动物细胞的直径在10至100微米之间。人体最小的细胞之一——红细胞，直径约为8微米。另一方面，肌纤维细胞和神经元则可能极其细长。
得益于HeLa细胞的研究进展
HeLa细胞一直是重大科研突破的核心，包括在遗传学、病毒学和治疗方法开发方面的发现。HeLa细胞系已被用于研究癌症、艾滋病、辐射和毒素的影响、基因图谱绘制以及无数其他科学领域。 关于HeLa细胞的研究已发表了超过60,000篇科学论文，且每月新增论文超过300篇。
根除小儿麻痹症
20世纪50年代，乔纳斯·索尔克利用HeLa细胞测试了首支脊髓灰质炎疫苗。这些细胞易受脊髓灰质炎病毒感染，导致受感染细胞死亡。因此，由于能迅速获得实验结果，HeLa细胞在脊髓灰质炎疫苗测试中需求量极大。
病毒学
HeLa细胞已被用于感染多种病毒（包括HIV、寨卡病毒、疱疹病毒和腮腺炎病毒），以测试和开发新的疫苗及药物。 理查德·阿克塞尔博士发现，通过添加CD4蛋白，HeLa细胞可被HIV感染，从而便于对该病毒进行研究。HeLa细胞已被用于研究乳头瘤病毒E2蛋白的表达及细胞凋亡，并在人乳头瘤病毒（HPV）疫苗的研发中发挥了关键作用。
癌症
HeLa细胞已被用于众多癌症研究，包括雌二醇、雌激素及雌激素受体等性类固醇激素，以及槲皮素等具有抗癌特性的类雌激素化合物。此外，HeLa细胞还被用于研究黄酮类化合物和抗氧化剂与雌二醇共同作用对癌细胞增殖的影响。
其他值得注意的应用包括
- 癌症治疗：HeLa细胞在开发抗癌药物方面起着关键作用，例如喜树碱，这是一种经FDA批准用于治疗卵巢癌、肺癌和宫颈癌的药物。
- 沙利度胺与多发性骨髓瘤：HeLa细胞被用于说明最初用于治疗孕吐的药物沙利度胺如何导致先天性残疾，从而促使其被用于治疗多发性骨髓瘤。
- 了解 HIV 和艾滋病：发现 HIV 难以感染 HeLa 细胞，加深了研究人员对该病毒的理解，为开发 HIV 和艾滋病药物打开了大门。
- 细胞衰老：HeLa细胞使研究人员能够探索衰老的生物学机制及导致早衰的疾病，从而发现了可再生染色体，这些染色体能防止细胞随时间推移而退化和受损。
- 血液疾病：HeLa细胞被用于评估羟基脲对不同血液恶性肿瘤和贫血的疗效；如今，羟基脲已被用于治疗镰状细胞病和白细胞恶性肿瘤。
- X射线：1956年，科学家利用HeLa细胞研究了X射线辐射对活体生物的影响，从而更深入地认识到医疗X射线高剂量及反复照射的危害。
- 创新发现：HeLa细胞在生物学领域的多项重大发现中发挥了关键作用，推动了癌症药物研发、艾滋病（HIV/AIDS）研究等领域的进步。
- 细胞衰老：利用HeLa细胞进行研究的研究人员因其关于细胞衰老以及如何预防细胞随时间推移而退化和受损的发现，荣获了诺贝尔奖。
探索HeLa细胞及其衍生物
什么是潜在的永生化细胞？
永生化细胞系是指经过改造、能够持续分裂并在长期内培养的细胞。它们源自具有染色体异常或突变的细胞，也可来自肿瘤。为了维持生长，科学家会将部分细胞转移到新的细胞培养皿中进行扩增，以便用于后续实验。
与其他细胞系一样，HeLa细胞之所以被视为“不朽”，是因为只要维持细胞生存的基本条件（即在适当的环境中得到支持和照料），它们就能在细胞培养瓶中无限分裂。 由于在细胞培养过程中持续发生突变，HeLa细胞已衍生出众多亚系，但它们均源自同一批Lacks肿瘤细胞。在细胞培养中扩增的HeLa细胞数量远超亨丽埃塔·拉克斯体内原本存在的数量。
HeLa细胞的生产、质量控制与保质期
HeLa细胞可通过标准细胞培养方法在细胞汇合度约为80–90%时进行培养和收获。这些细胞操作相对简单，可在各种环境下进行培养。
冷冻HeLa细胞的解冻方法
- 将冷冻管置于装有清洁水的37°C抗菌水浴中。
- 快速解冻40至60秒。取出试管并转移至无菌层流柜中。
- 用 70% 酒精擦拭冷冻管，并将细胞悬液转移至装有 8 毫升培养基的 15 毫升离心管中。
- 重构细胞，以 300 x g 离心 3 分钟，弃去上清液（或者，如果无法立即离心，可用培养基稀释，并在 24 小时后去除冷冻培养基）。
- 将悬浮在 10 毫升新培养基中的细胞转移到两个 T25 细胞培养瓶中。
HeLa 细胞的传代
- 从细胞培养瓶中移除旧培养基。
- 使用不含钙和镁的PBS冲洗贴壁细胞。T25培养瓶使用3-5毫升PBS，T75培养瓶使用5-10毫升PBS。
- 向细胞培养瓶中加入 Accutase。T25 培养瓶使用 1-2 毫升，T75 培养瓶使用 2.5 毫升。确保细胞层完全被覆盖。
- 将细胞培养瓶在室温下孵育 8-10 分钟。
- 用培养基小心地重悬细胞。加入10毫升培养基，并轻轻上下吸放以打散细胞聚集体。
- 将细胞悬液以 300 x g 离心 3 分钟。
- 用新鲜培养基重悬细胞。
- 将重悬后的细胞分装至装有新鲜培养基的新细胞培养瓶中。
- 将细胞保存在液氮中进行长期保存。
遵循这些步骤，您可以对细胞进行传代培养，并维持健康的细胞培养体系，以备未来实验之用。